生活垃圾焚烧循环流化床锅炉空预器设置方式与热力系统选择技术探讨

王智敏，郑非

（1.中国恩菲工程技术有限公司,北京100038；2.大唐国际发电有限责任公司,北京100033）

生活垃圾焚烧循环流化床锅炉空预器设置方式与热力系统选择技术探讨

王智敏1，郑非2

（1.中国恩菲工程技术有限公司,北京100038；2.大唐国际发电有限责任公司,北京100033）

本文以实际工程为例，通过循环流化床锅炉外置式空预器疏水至大气式除氧器系统的热平衡计算得出，在不同工况下，为了避免除氧器发生自生沸腾，需考虑预留空预器疏水扩容器后疏水至疏水箱的管路；为了保证除氧器热力平衡，建议外置式空气预热器时，宜提高除氧器压力，可为以后设计提供理论计算上的参考。

循环流化床；空预器设置；除氧器自生沸腾

0 引言

垃圾焚烧发电厂中，与循环流化床锅炉配套热力系统中常规选用大气式（设计压力0.02MPa）除氧器，及避免炉子低温腐蚀的烟气加热的预热器。随着循环流化床新技术开发，有的焚烧系统采用外置式蒸汽-空气预热器加热焚烧炉所需一、二次风，来满足焚烧炉稳定燃烧，这必然带来蒸汽空气空预器产生的大量疏水回收利用问题。在设计中发现，循环流化床垃圾焚烧项目中空预器的设置形式直接关系到除氧器型式和相应热力系统的选择[1]。

1 除氧器热力系统选择

1.1 除氧器工作压力选择

热力除氧器将汽轮机组所产生的凝结水、化学补充水及其它的疏水汇集起来，加热水并除去其中的氧气，以防止热力系统的管道、设备氧腐蚀，因此在热力系统中起重要作用。

除氧器的工作压力决定了除氧器中水的饱和温度，除氧器压力越低，出水饱和温度越低，加热水到饱和温度所需热量也越少。反之，亦然。此外，除氧器的压力温度变化情况对除氧效果的影响很大。因为水热容较大，导致除氧器内的水温变化较慢，而内部压力的变化较快，除氧器内的压力不稳定会导致除氧器内水偶尔未完全达到饱和状态，从而导致除氧效果变差。

1.2 除氧器负荷影响效果

每一个除氧器都有一定热负荷强度，负荷不均对除氧不利。当除氧器进水负荷减小时，淋水盘上的水位偏低，进水汇集不成水流而成水滴状落下，加热进水的蒸汽量也较少，流动速度较慢，除氧头内部析出来的气体，不能随蒸汽排出除氧器外，则除氧的效果变差。当除氧器负荷超过额定负荷时，进水量增多，需要消耗的蒸汽量增加，除氧头内的蒸汽流速会随之提高，则出水的溶氧率增加。而且由于进水量加大到超过水盘挡水板时便会产生水柱般溢流，蒸汽的通路受阻，影响水均匀加热，即可以使除氧效果变差，也会引起除氧器振动。

1.3 除氧器自生沸腾

除氧器的自生沸腾是指当有过量的热疏水进入除氧器时，其蒸发的蒸汽量已能满足或超过除氧器的用汽需要，甚至产生倒送汽现象，而使除氧器内的给水不需要回热抽汽加热就产生沸腾的现象。此种现象打乱了除氧器内热力除氧时的汽水流动规律，造成除氧效果差，其不良后果是破坏除氧器内的汽水逆向流动，除氧效果恶化。影响给水泵的安全运行。

因此在设计除氧器热力系统时，大量疏水进入大气式除氧器的情况下，需要对除氧器进行热力平衡计算，以保证除氧器不发生自生沸腾。

2 除氧器热平衡计算

下面以实际工程的垃圾焚烧发电项目为例（大气式热力除氧器）进行分析计算。

本项目锅炉采用锅炉厂新开发设计的循环流化床垃圾锅炉，给水温度104℃，其一次风和二次风空气预热器为外置式蒸汽－空气预热器，分段加热，高压段蒸汽取自锅炉汽包饱和汽，低压段蒸汽取自汽机一段抽汽。为了节约能源，一、二次风空气预热器的高压和低压蒸汽疏水应进行回收利用。

2.1 设想的热力系统图

2.2不同工况除氧器热平衡计算

2.2.13 炉2机额定工况

2.2.1.1 原始数据

（1）锅炉和汽轮机型式

锅炉型式：UG-560-55/5.3/485-F循环流化床锅炉

汽轮机型式：N20-4.9凝汽式汽轮机（发电机25MW）

（2）锅炉技术数据

锅炉台数：3台

每台锅炉出口额定蒸发量：Dgl＝55t/h

锅炉总蒸发量：D＝165t/h

锅炉出口蒸汽参数：

表1 锅炉出口蒸汽参数

（3）汽轮机技术数据

汽轮机额定功率：

N＝20MW汽轮发电机组：2套

汽轮机初、终参数：

表2 汽轮机初、终参数

汽轮机回热抽汽参数（一、二段抽汽）：

表3 汽轮机回热抽汽参数

（4）除氧器技术数据

除氧器运行压力：0.02MPa，除氧器出水温度：104.2℃

除氧器出力：120t/h

（5）计算中选用的数据

锅炉排污量：Dnp=0.015D，全厂汽水损失：Dqs=0. 03D

各种效率：

除氧器效率：ηcy=0.97，管道散热损失系数：η=0.97

扩容器的蒸汽干度：0.97

2.2.1.2 计算

（1）连续排污扩容器排污水量

平衡方程式：

计算所需参数：

表4 计算所需参数

计算结果：

3台锅炉连续排污量为：

代入数据，连续排污扩容器汽化量为：

排污水量为：

（2）系统补充水量（指进除氧器的水量）

（3）空预器疏水扩容器的汽化量和疏水量

平衡方程式：

计算所需参数：

表5 计算所需参数

表6 与空预器疏水扩容器有关的参数

计算结果：

得出空预器疏水扩容器产汽量：

空预器疏水扩容器疏水量：

（4）锅炉蒸发量及给水量

锅炉有用蒸发量（按全部满负荷计）：

锅炉给水量：

（5）除氧器平衡

平衡方程式：

计算所需参数：

表7 空气预热器低压蒸汽参数

表8 空气预热器低压疏水参数

除氧器热平衡计算所需参数见表9。

除氧器热平衡计算：

根据上式，代入上述数值，迭代计算得：

Dq=5.04t/h即一台除氧器需要加热蒸汽量为2.52t/h。

表9 除氧器热平衡计算所需参数

2.2.22 炉1机工况

除氧器热平衡计算所需参数见表10。

两炉一机工况，汽轮发电机组发最大功率，汽机最大功率进汽量为99.48t/h，此时，按照锅炉额定运行空预器所需蒸汽量计算，核算除氧器是否能够完全接受空预器的疏水。

经过迭代计算，一台除氧器加热所需蒸汽为1.178 t/h。

由计算结果可知，两炉一机（汽机最大负荷）工况下，除氧器加热蒸汽需要量约为三炉两机额定工况的46.6%。可见，蒸汽需要量大幅下降。另外，当汽轮机抽汽量减少时，除氧器调节阀动作很小，会导致传热传质效率低、除氧器性能适应性差等问题，以上问题均会导致除氧器出水含氧量超标，会使除氧器运行不稳定。

2.3 中压除氧器额定工况计算

当除氧器压力为0.17MPa时，3炉2机额定工况下，经过计算，除氧器加热给水所需蒸汽量为6.44t/h。小型热电站实用设计手册中要求，除氧器热平衡计算中，为了避免除氧器自生沸腾，则必须使回热抽汽量有较大的正值。

可见，为了解决大量疏水进入至除氧器，易导致除氧效果恶化的问题，采取两种措施：1）空预器高压疏水扩容器后的疏水增加一路去疏水箱的管路系统；2）选用中压除氧器代替大气式除氧器，经计算，则除氧器加热蒸汽需要量为6.44 t/h，远远大于额定工况除氧器所需蒸汽量。

表10 除氧器热平衡计算所需参数

3 结语

（1）对于采用循环流化床锅炉外置式空预器形式，考虑到实际运行工况的复杂性，为了保证各种工况下除氧效果则应该考虑增加空预器疏水扩容器后疏水进入疏水箱的管道系统。

（2）采用循环流化床锅炉的垃圾焚烧电站，尽量避免选用外置式蒸汽预热的空气预热器。如果采用外置式蒸汽预热的空气预热器，则宜提高除氧器压力。

[1]吕俊复，张建胜，岳光溪.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京:中国水利水电出版社，2003.

Discussion of Waste Incineration Circulating Fluidized Bed Boiler Air Pre-heater Style and Technology of Choice Thermodynamic System

WANG Zhi-min1，ZHENG Fei2
（1.China ENFI Engineering Co.，Ltd,Beijing 100038，China；2.Datang International Power Generation Co.，Ltd，Beijing 100033，China）

Based on a practical engineering example,By circulating fluidized bed boiler external air preheater hydrophobic to atmospheric deaerator,heat balance is calculated,under the different conditions,in order to avoid the occurrence of spontaneous boiling deaerator need to consider setting aside the air preheater hydrophobic expansion after hydrophobic to drain tank pipe.In order to ensure deaerator thermodynamic equilibrium,the proposed external air preheater,it is desirable to improve the oxygen pressure,can provide a reference for future theoretical calculations on the design.

fluidization bed；air preheater；spontaneous boiling deaerator

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.006

TK229

B

2095-3429（2016）04-0026-05

2016-05-03

修回日期：2016-06-22

王智敏（1970-），女，河北张家口人，硕士研究生，高级工程师，从事垃圾焚烧发电厂设计工作；郑非（1971-），男，辽宁北镇人，工程师，从事发电厂运行管理工作。